一种锗酸铋单晶体的生长方法技术

本发明专利技术公开了一种锗酸铋单晶体的生长方法，该方法以Bi2O3与GeO2为原料，在超声振动、恒温的环境下进行化合反应，得到组分均一、熔融状态的锗酸铋多晶料，然后采用布里奇曼晶体生长法制备锗酸铋单晶体。本发明专利技术通过在生长坩埚部分使用超声波传感技术一步法来实现生长锗酸铋单晶体，该方法省去了传统下降法生长锗酸铋单晶体过程中利用铂坩埚熔融合成多晶料的环节，简化了锗酸铋单晶体的生长工艺，缩短了生产周期，且大大减少了贵金属铂的用量，从而降低了生产成本，同时，本发明专利技术生长方法还避免了生产过程中外界杂质元素的介入，进一步提高了锗酸铋晶体的质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体生长领域，尤其涉及一种使用超声波传感技术生长锗酸铋单晶体的方法。
技术介绍
锗酸铋(Bi4Ge3O12, BG0)晶体是一种性能良好的多功能闪烁晶体，具有优良的机械加工性能、不易潮解、较强的阻止射线能力和很高的闪烁效率等特点，是目前探Y射线效率最高的一种闪烁体，广泛应用于高能物理、核物理、空间物理、核医学、地质探察等工业领域。传统技术中，锗酸铋单晶体由原料Bi2O3与GeO2直接混合加热到熔点以上温度进行反应制备得到，由于Bi2O3与GeO2并不是一致熔融体，且两者的密度相差较大，具体Bi2O3的密度为8.9g/cm3，Ge0d^密度为4.8 g/cm3，直接混合加热很容易产生分层现象，所得熔体的下部分偏Bi，上部分偏Ge，严重影响晶体的性能。目前，工业上通常使用坩埚下降法来生长锗酸铋单晶体，该方法具体为:先将混合均匀的Bi2O3与GeO2在较厚的钼坩埚内进行长时间的预烧结，高温熔融后浇铸至钼模具内急冷，得到锗酸铋多晶料，然后将锗酸铋多晶料装入专门长晶的钼坩埚内进行单晶生长，从而得到锗酸铋单晶体。然而该方法过程较为繁琐，且在烧结和浇铸的过程中容易带入杂质，从而影响锗酸铋单晶体的性能；此外，该方法的制备过程中需要用到大量的贵金属钼，其生产成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出`，该方法简化了锗酸铋单晶体生长工艺，缩短了整个生产周期，减少了贵金属钼的用量，同时提高了锗酸铋单晶体的质量。为了解决现有技术问题，本专利技术通过以下技术方案实现: ，该方法以Bi2O3与GeO2原料，在超声振动、恒温环境中进行化合反应，其中，超声振动时波声波的频率为10-?5ΚΗζ，采用布里奇曼晶体生长法生长，得到锗酸铋单晶体。本专利技术锗酸铋单晶体的生长方法包括以下步骤: 1)将原料Bi2O3与GeO2按摩尔比(1.5^2.2): 3混合均匀并置于带有籽晶的钼坩埚内，将钼坩埚置于引下坩埚内；其中，引下坩埚与钼坩埚之间的空隙用烧结过后的氧化铝粉填充； 2)将钼坩埚密封后置于布里奇曼晶体生长炉内，加热升温至118(T132(TC，升温的速率控制在48飞(TC /h之间，然后开启超声波传感装置，在超声振动、恒温的环境中进行化合反应，反应时间为12~24h，得到组分均一、熔融状态的锗酸铋多晶料；其中，超声振动时波声波的频率为10-?5ΚΗζ ；3)使引下坩埚以0.5^0.65cm/h的速率下降，同时对布里奇曼晶体生长炉进行二次升温，钼坩埚内开始生长锗酸铋单晶体；其中，升温速率为ο.r0.6°c /h,温度升至137(Tl440°C时停止加热； 4)待锗酸铋多晶料全部结晶后，冷却降温，得到锗酸铋单晶体。本专利技术通过在生长坩埚部分使用超声波传感技术一步法来实现生长锗酸铋单晶体，该方法省去了传统下降法生长锗酸铋单晶体过程中利用钼坩埚熔融合成多晶料的环节，简化了锗酸铋单晶体的生长工艺，缩短了整个生产周期，且大大减少了贵金属钼的用量，从而降低了生产成本，同时，本专利技术生长方法还避免了生产过程中外界杂质元素的介入，提闻了错酸秘晶体的质量。【具体实施方式】本专利技术揭示了，该方法以Bi2O3与GeO2原料，在超声振动、恒温环境中进行化合反应，其中，超声振动时波声波的频率为10-?5ΚΗζ，采用布里奇曼晶体生长法生长，得到锗酸铋单晶体。该方法包括以下步骤: 1)将原料Bi2O3与GeO2按摩尔比(1.5^2.2): 3混合均匀并置于带有籽晶的钼坩埚内，钼坩埚中籽晶的个数没有限定，可以根据需要选择不同个数的籽晶钼坩埚，然后将钼坩埚置于引下坩埚内；所述引下坩埚为下降生长法中通过坩埚的下降来生长晶体过程中控制下降的坩埚，引下坩埚为本领域技术人员所熟知的技术，优选铝坩埚，本专利技术是通过引下坩埚的下降而带动钼坩埚，高温 的锗酸铋多晶料在下降过程中，其下降部分温度也随着慢慢下降，最终结晶成单晶体；此外，引下坩埚与钼坩埚之间的空隙用烧结过后的氧化铝粉填充； 2)将密封后的钼坩埚置于布里奇曼晶体生长炉内，加热升温至118(T132(TC，升温的速率为48飞(TC /h，然后开启超声波传感装置，在超声振动、恒温的环境中进行化合反应，反应时间为12~24h，得到组分均一、熔融状态的锗酸铋多晶料；其中，所述超声振动由超声传感装置发出，超声传感技术为现有技术，可由市场购买得到，如超声波传感探头等，超声振动时波声波的频率为10-?5ΚΗζ。在超声振动环境下形成的熔融体Bi和Ge的分布均匀，组分均一，熔融体不易发生分层现象，可提高所得锗酸铋单晶体的性能，从而提高产品的质量。3)关闭超声波传感装置后，将引下坩埚以0.5、.65cm/h的速率下降，同时对布里奇曼晶体生长炉进行二次升温，钼坩埚内开始生长锗酸铋单晶体；其中，升温速率为0.4~0.6V /h，温度升至137(Tl440°C时停止加热； 4)待锗酸铋多晶料全部结晶后，冷却降温，得到锗酸铋单晶体。本专利技术中原料Bi2O3与GeO2在高温条件下形成熔融态，超声振动可以使熔融态的Bi2O3与GeO2更好的进行化合反应，最终得到组分均一、熔融状态的锗酸铋多晶料，然后采用布里奇曼晶体生长法生长锗酸铋单晶体，在生长过程中，同时对布里奇曼晶体生长炉进行二次升温，该二次升温有助于锗酸铋多晶料的结晶，从而得到质量良好的锗酸铋单晶体。为了本领域技术人员的理解，以下通过具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述。实施例1 ，该方法包括以下步骤:I)将Bi2O3与GeO2按摩尔比1.5:3混合均匀，原料总质量为15Kg，然后置于带有6个籽晶的钼坩埚内，将钼坩埚置于引下坩埚内；其中，引下坩埚与钼坩埚之间的空隙用烧结过后的氧化铝粉填充；2)将6个超声波传感装置分别装于钼坩埚顶部，然后密封钼坩埚；将密封后的钼坩埚置于布里奇曼晶体生长炉内，加热升温至1180°C，升温的速率为48°C /h，然后开启超声波传感装置，控制超声波频率为ΙΟΚΗζ，在超声振动、恒温的环境中进行化合反应，反应12h，得到组分均一、熔融状态的锗酸铋多晶料；3)关闭超声波传感装置后，使引下坩埚以0.5mm/h的速率下降，同时对布里奇曼晶体生长炉进行二次升温，钼坩埚内开始生长锗酸铋单晶体；其中，升温速率为0.4°C/h，温度升至1370°C时，共计运行下降了 475h，停止加热，同时关闭布里奇曼晶体生长炉的电源；4)冷却降温，得到锗酸铋单晶体。实施例2 ，该方法包括以下步骤:1)将Bi2O3与GeO2按摩尔比2:3混合均匀，原料总质量为25Kg，然后置于带有7个籽晶的钼坩埚内，将钼坩埚置于引下坩埚内；其中，引下坩埚与钼坩埚之间的空隙用烧结过后的氧化铝粉填充；2)将7个超声波传感装置分别装于钼坩埚顶部，然后密封钼坩埚；将密封后的钼坩埚置于布里奇曼晶体生长炉内，加热升温至1240°C，升温的速率控制在55°C/h之间，然后开启超声波传感装置，控制超声波频率为ΙΟΚΗζ，在超声振动、恒温的环境中进行化合反应，反应时间为18h，得到组分均一、熔融状态的锗酸铋多晶料；3)关闭超声波传感装置后，使引下坩埚以0.65mm/h的速率下降，同时对布里奇曼晶体生长炉进行二次升温，钼坩埚内开始生长锗酸铋单晶体；其中，升温速率为0.5°C /h，温度升至1390°C时，共计运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锗酸铋单晶体的生长方法，该方法以Bi2O3与GeO2原料，在超声振动、恒温环境中进行化合反应，采用布里奇曼晶体生长法生长，得到锗酸铋单晶体。

【技术特征摘要】
1.一种锗酸秘单晶体的生长方法，该方法以Bi2O3与GeO2原料,在超声振动、恒温环境中进行化合反应，采用布里奇曼晶体生长法生长，得到锗酸铋单晶体。2.根据权利要求1所述的锗酸铋单晶体的生长方法，其特征在于:该方法包括以下步骤: 1)将原料Bi2O3与GeO2混合均匀并置于钼坩埚内，将钼坩埚置于引下坩埚内； 2)将钼坩埚密封后置于布里奇曼晶体生长炉内，加热升温，在超声振动、恒温的环境中进行化合反应，得到锗酸铋多晶料； 3)使引下坩埚下降，同时对布里奇曼晶体生长炉进行二次升温，钼坩埚内开始生长锗酸铋单晶体； 4)待锗酸铋多晶料全部结晶后，冷却降温，得到锗酸铋单晶体。3.根据权利要求1或2所述的锗酸铋单晶体的生长方法，其特征在于:所述超声振动时波声波的频率为10-?5ΚΗζ。4.根据权利要求3所述的锗酸铋单晶体的生长方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡智向，朱刘，文崇斌，罗涛，
申请(专利权)人：清远先导材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44